金属物理与先进材料团队以“科研为国民经济建设服务”为宗旨，先后开展了高性能铝合金的直接电解制备技术、轻质合金同质和异质材料连接、高熵合金及氢能利用、载能粒子与功能/结构材料和先进功能陶瓷半导体薄膜及器件等研究。团队拥有约220m2的材料制备和表征实验室，拥有粉末制品压制设备、双向热压烧结炉、磁悬浮熔炼炉、300T挤压机和热轧-冷轧两用双辊轧机、超声波焊接设备、自冲铆接、动态热机械分析仪、慢拉伸应力腐蚀试验机、硬度计、拉伸试验机、蠕变试验机、冲击试验机等设备用于材料的合成制备和测试表征。近十年来，团队取得的主要成果包括：中国有色金属工业科学技术奖一等奖一项，美国焊接学会A.V. Davis奖一项，省教育厅科技成果奖二等奖一项，获个人荣誉称号或奖励10余次；团队共获批国家自然科学基金5项，省厅级项目6项，企业委托横向项目7项，总经费760余万元。授权发明专利9件，发表SCI和EI收录论文100余篇。团队的主要研究方向：
1. 高性能轻金属材料的制备与应用
以铝合金电解合金化为依托、开展高性能轻质合金的制备和强韧化技术。研究高性能铝、镁合金的快速冷凝制备、粉末冶金、热压和热等静压制备术、特种铸造、自冲铆接、无钉铆接、粘接等制备与连接技术，开发新型高强韧轻质铝合金、耐磨、耐蚀铝合金、耐热导电铝合金以及新型纳米和微晶轻质合金材料的制备方法、连接技术、力学性能和使用性能。
2. 先进结构/功能材料的设计
以开发先进结构-功能一体化材料为目标，重点开展碳纳米材料（碳管，纤维，石墨烯，金刚石）、负膨胀陶瓷、金刚石颗粒等金属基复合材料的力学、电学及热稳定性能研究；高强塑性高熵合金的设计及其在结构材料、精密电阻、电热合金和扩散阻挡层材料中的应用研究；先进复合钙钛矿功能陶瓷材料、高性能氧化锌叠层片式压敏陶瓷和薄膜材料合成、结构与电学特性及微/电子电路过压保护器件的研究。
3. 新能源材料及其精细表征的研究
以开发新一代高性能绿色能源材料、技术和器件（通讯、汽车、医疗领域的动力电源）为目标，开展新能源材料（新型锂离子电池、新型燃料电池、新型太阳能电池以及核能材料）的设计和制备及其性能和精细表征研究；开展低维半导体光电能源材料结构设计、制备与载流子输运特性、光/电催化制氢、减碳、污染物降解等研究。
4. 载能粒子与功能/结构材料相互作用
主要以解决空间、核反应堆等极端服役工况下所面临的材料挑战为目标，重点开展半导体器件材料辐照效应、核反应堆用抗辐照新材料设计以及材料多尺度模拟计算等方面研究（涉及材料热学、力学及辐照等性能）。
团队着力培养综合素质高、创新意识和创新能力强，掌握扎实的理论基础和系统深入的专业知识，具有较强的独立科研能力，适应社会发展要求的德、智、体、美、劳全面发展的材料科学与工程领域高级研究型和应用型人才；就业方面，团队毕业研究生主要从事金属材料开发、能源材料设计、材料改性以及材料应用等工作，也能从事材料生产组织、技术管理以及材料检测分析等技术监督工作。
团队欢迎电子科学与技术、集成电路科学与工程、物理学、材料学等专业本科学生、研究生报考；诚邀电子科学与技术、集成电路科学与工程、材料科学与工程等方向博士、博士后加入团队，凝心聚力，共创辉煌。
联系人：蔡彬，13938511882，bcai@zzu.edu.cn。
团队成员
团队由蔡彬，刘忠侠，王杰芳，张国鹏，史运嘉，黄海和王静七位老师组成。团队负责人为蔡彬老师。
蔡彬 教授/博导 刘忠侠 教授/博导 王杰芳 教授/硕导
张国鹏 副教授/硕导 史运嘉 讲师/硕导 黄海 讲师/硕导 王静 博士后
团队主持项目
纵向项目
1. 负热膨胀氧化物在SOFC阴极中的应用和机制，国自科省联合培育， 2021.01-2023.12。
2. Co1-xAlxCrFeMnNi高熵合金结构弛豫和蠕变行为研究，国自科面上，2020.01-2023.12。
3. Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金高温蠕变机理，国自科面上，2014.01-2017.12。
4. AlxCoCrFeMnNi高熵合金中亚稳纳米结构的形成和强化机制，国自科青年，2022.01-2024.12。
5. 石墨烯增强镍基复合材料辐照损伤机理及界面效应研究，国自科青年，2022.01-2024.12。
6. 基于SLM的高强Al-Mg-Sc-Zr合金的制备及基础性能研究，中国博士后科学基金面上项目，2018.01-2020.12。
7. 核用镍基石墨烯纳米复合材料辐照过程中界面行为及效应研究，河南省博士后科研项目，2021.01-2022.12。
8. 新型核用耐蚀低活化钛合金辐照损伤机理及其抗辐照强化调控研究，河南省重点研发与推广专项，2020.01-2021.12。
9. CoCrFeMnNi高熵合金的层错能调控及变形机制研究，河南省高等学校重点科研项目计划，2021.01-2022.12。
10. 一种基于SLM的新型高强Al-Mg-Sc-Zr合金的制备技术及应用基础研究，河南省高等学校重点科研项目计划，2019.01-2020.12。
11. TiC增强单相高熵合金复合材料的制备及其组织演化机制研究，河南省高等学校重点科研项目计划，2016.01-2018.12。
12. 高速列车用电气柜承力件的组织性能研究及改性，郑州大学教授团队助力企业创新驱动发展专项，2022.01-2023.12。
13. 空间核动力用轻质抗辐照钛钽系合金的制备及其机理研究，郑州大学青年人才企业合作创新团队支持计划项目，2021.01-2022.12。
14. 一种Sc,Zr合金化的高强Al-Mg铝合金的SLM增材制造及其应用研究，郑州大学拔尖博士人才计划，2020.01-2022.12。
15. 镍基材料微纳界面结构辐照效应研究，郑州大学拔尖博士人才计划，2020.01-2022.12。
横向项目
1. 软包锂离子电池铝塑膜用铝合金制备关键技术开发，河南中孚高精铝材有限公司，75万元，2022.10-2023.12。
2. 单晶Si制造工艺及表面特性评价研究，郑州合晶硅材料有限公司，20万元，2021.01-2022.12。
3. 先进核能系统用石墨烯镍基复合材料辐照损伤研究（Au 6MeV辐照），北京大学核物理与核技术国家重点实验室开放课题，3万元，2022.01-2022.12。
4. 株洲中车时代电气股份有限公司，高速列车牵引变流器焊接结构件的维修验证与材料开发，50万元，2019.10-2022.10。
5. Joint Quality Inspection and Repair in Adhesive-Bonding of Polymeric Composites，美国通用汽车公司，15万美元（100.2万元），2016.01-2019.12。
6. Adhesive Bonding of Similar Dissimilar Materials，美国通用汽车公司，10.3万美元（65万元），2015.01-2017.12。
7. Real-Time Inspection/Connection Process Development，美国通用汽车公司，15万美元（100.2万元），2014.01-2016.12。
获奖情况
1. 多元铝基合金的电解生产关键技术及工业应用，中国有色金属工业协会，中国有色协会，科技进步一等奖，2018，刘忠侠、谢敬佩、杨明生、石磊、杨昇、王明星、蔡彬、王杰芳、左秀荣、刘勇、邹凯、钱宇、王爱琴、覃海棠、闫海洋、王令旗。
2. A. F. Davis Silver Medal Award, 美国焊接协会, 2018, 刘忠侠。
3. 轻质材料的同质与异质材料连接关键技术与工业应用，河南省教育厅科技成果奖二等奖，2022，刘忠侠，张国鹏，蔡彬，毛志平，任波，王明星，成方泳，田增国，王争辉，史运嘉，黄海。
近3年文章发表情况
1. Atomistic simulations of defect accumulation and evolution in heavily irradiated titanium for nuclear-powered spacecraft. Nuclear Engineering and Technology, 2023, 55: 2298-2304.
2. Atomistic simulations of defect clustering evolution in heavily irradiated Ti35 alloy. Vacuum, 2023, 211: 111952.
3. Molecular dynamics studies of primary irradiation damage in α-type Ti35 alloy. Physica Status Solidi B: Basic Solid State Physics, 2023, 260: 2200560.
4. Size- and temperature-dependent thermal transport across a Cu−diamond interface: Non-equilibrium molecular dynamics simulations. Surfaces and Interfaces, 2023, 37: 102736.
5. Study of repair welding on microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of dissimilar welded joints of SUS304 and Q345B steel. Journal of Materials Research and Technology, 2023, 23: 4173-4189.
6. Microstructural and electrical properties of AlN–CoCrFeMnNi cermet obtained by hot pressing. Ceramics International, 2023, 49(1): 808-816.
7. Influence of Pre-Pressing Ring on the Weld Quality of Ultrasonically Welded Short Carbon Fiber Reinforced Nylon 6 Composite. Polymers, 2022, 14: 3115.
8. Effect of Preload on the Weld Quality of Ultrasonic Welded Carbon Fiber-Reinforced Nylon 6 Composite. Polymers, 2022, 14: 2650.
9. Influence of ball milling process on microstructure, mechanical and thermal expansion properties of ZrMgMo3O12/Al-40Si composites. Micron, 2022, 157: 103245.
10. High-strength Al matrix composites reinforced with uniformly dispersed nanodiamonds. Journal of Alloys and Compounds, 2022, 898: 162917.
11. Surface functionalization of nanodiamonds and simultaneous enhancement to the strength and ductility of nanodiamond/2024Al composites. Materials Science & Engineering A, 2022, 844: 143200.
12. Recovery and Grain Growth Behavior of CoCrFeMnNi High Entropy Alloy. JOM, 2022, 74: 4271-4279.
13. A high performance thermal expansion offset composite cathode for IT-SOFCs. Journal of Materials Chemistry A, 2022, 10: 24410-24421
14. Improved performance of IT-SOFC by negative thermal expansion Sm0.85Zn0.15MnO3 addition in Ba0.5Sr0.5Fe0.8Cu0.1Ti0.1O3-δ cathode. Journal Of Physics-condensed Matter, 2022, 34: 184001.
15. Improved intergranular corrosion resistance of Al-Mg-Mn alloys with Sc and Zr additions. Micron, 2022, 154: 103202.
16. Intergranular corrosion effect on fatigue behavior of dissmilar 6005A-5083 aluminum alloys weld joints. Materials and Corrosion, 2022, 73(9): 1505-1518.
17. Microstructure and properties of Al-2Mg-0.5Mn alloy with narrow crystallization temperature range realized by adding trace elements. Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2022. https://kns.cnki.net/kcms/detail/43.1239.TG.20221007.1322.012.html.
18. Effect of platform temperature on microstructure and corrosion resistance of selective laser melted Al-Mg-Sc alloy plate. Journal of Central South University，2022, 29: 999-1014.
19. Role of interface on irradiation damage of Cu−diamond composites using classical molecular dynamics simulations. Ceramics International, 2022, 48: 16813-16824.
20. Energy band engineering of Bi2O2.33-CdS direct Z-scheme heterojunction for enhanced photocatalytic reduction of CO2. Journal of Materials Science & Technology, 2022, 111: 17-27.
21. Effect of Co on the microstructure and oxidation behavior of CoxCrCuFeMnNi high entropy alloy powders. Micron, 2021, 142: 12995.
22. Effect of ball milling process on the mechanical and thermal properties of the nanodiamond / 2024Al composites. Micron, 2021,148: 103104.
23. Investigation of the main strengthening mechanism of carbon nanotube reinforced aluminum composites. Materials Science & Engineering A, 2021, 804: 140780.
24. Tensile creep behavior and mechanism of CoCrFeMnNi high entropy alloy. Micron, 2021, 150: 103144.
25. Application of a negative thermal expansion oxide in SOFC cathode. Ceramics International, 2021, 47: 1095–1100.
26. Ruddlesden-Popper-Type La1.5-xEuxPr0.5Ni0.9Cu0.1O4+d as a Potential Cathode Material for H-SOFCs. Physics of the Solid State, 2021, 63: 775-784.
27. Preparation of nanostructured CoCrFeMnNi high entropy alloy by hot pressing sintering gas atomized powders. Micron, 2021, 147: 103082.
28. Atomistic simulation of energetic displacement cascades near an Ni–graphene interface. Journal of Supercritical Fluids, 2021, 170: 105162.
29. Comparison of (Pr, Ba, Sr)FeO3-δ-SDC composite cathodes in proton-conducting solid oxide fuel cells. Solid State Ionics, 2020, 353: 115379.
30. Physical properties of (SrBa)1-xPrx(CuTi)0.2 Fe0.8O3-d (x=0-1.0) and its application in H-SOFCs. Solid State Ionics, 2020, 348: 115279.
31. Synthesis and characterisation of TiC reinforced CoCrFeNi composite by hot-pressing sintering. Materials Science and Technology, 2020, 36(4) : 409-416.
32. Application of ultrasonic welding to repair adhesively bonded short carbon fiber reinforced Nylon 6 composites. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2020, 100: 102603.
33. Enhanced self-healing of irradiation defects near a Ni–graphene interface by damaged graphene: Insights from atomistic modeling. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 2020, 151: 109909.
代表性专利
1. 史运嘉，刘书玉，李梦佳，赵恒， 刘硕. 适用于多形貌样品的应力腐蚀测试装置. ZL 202121416605.0。
2. 蔡彬，卢飞，杨梦婕，晁明举，苏金瑞，何豪，刘洋，武常辉，贾旭升. 一种含负热膨胀材料的新型复合阴极材料及其在制备SOFC方面的应用. ZL 202010235115.4。
3. 蔡彬，陈雷行，张宗镇，宋腾飞，李启华，苏金瑞，何豪. 一种新型质子阻塞复合阴极材料及其制备方法和应用. ZL 201810027422.6。
4. Pei-chung Wang, Susan M. Smyth, Bradley J. Blaski, Zhongxia Liu. Systems and methods for joining components by riveting. US10,576,532,B2。
5. Pei-chung Wang, Susan M. Smyth, Zhongxia Liu. Systems and methods for ultrasonic welding. US10,105,787,B2。
6. Pei-chung Wang, Susan M. Smyth, Zhongxia Liu. Systems and methods for ultrasonic welding. US10,105,788,B2。
7. 蔡彬，李凤鲜，李栋梁，王银春，胡行，刘忠侠，杨昇，宋天福. 一种提高ZrCuNiAlTi块体金属玻璃耐蚀性能的优化工艺. ZL 201410369706.5。
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